Exemple de pratique

Charmey : Chauffage à distance vert issu des forêts de la Gruyère

Dans la commune idyllique de Val-de-Charmey, Romande Energie Services SA montre comment les ressources locales et la technique de pointe interagissent parfaitement : grâce à la revitalisation du réseau de chauffage à distance régional et à l'utilisation d'une centrale bois-énergie hautement efficace, le bois résiduel régional est transformé de manière cohérente en énergie neutre en CO2, ce qui renvoie non seulement à un renforcement de la création de valeur locale, mais constitue également un brillant exemple d'approvisionnement durable en chaleur dans la région préalpine.

Grâce au choix en faveur d'installations de gazéification du bois, de l'électricité peut désormais être produite en plus dans les centrales thermiques des réseaux de chauffage à distance de Puidoux et de Charmey. Le gaz de bois produit est utilisé dans des moteurs à gaz raccordés à des générateurs. Il a ainsi été possible de réaliser, dans ces centrales énergétiques, une exploitation flexible et axée sur les besoins en chaleur et en électricité. Pour Giulio Caimi, chef de projet, une chose est sûre : « Grâce à l'expertise et au savoir-faire de Romande Energie Services, la valorisation des énergies renouvelables et des sources d'énergie locales peut être mise en œuvre avec succès. »

Produire de la chaleur et de l'électricité grâce aux copeaux de bois de la région

À Charmey, la centrale énergétique au bois d'origine, dotée de trois chaudières qui alimentait jusqu'alors le réseau thermique interconnecté, a dû être remplacée. Romande Energie, l'un des principaux fournisseurs d'électricité de Suisse romande avec plus de 300 000 clients finaux répartis dans près de 300 communes, a décidé, dans le cadre de ce renouvellement, de mettre en œuvre une production d'électricité supplémentaire. La production combinée de chaleur et d'électricité s'avère particulièrement avantageuse pour répondre à la demande accrue d'électricité en hiver. En revanche, il était acquis que l'utilisation de copeaux de bois, reposant sur une base d'approvisionnement ancrée dans la région, serait poursuivie. C'est pourquoi l'évaluation s'est portée sur la technique de gazéification du bois avec cogénération chaleur-force et sur la technologie ORC (Organic Rankine Cycle), c'est-à-dire une technologie de turbine à vapeur utilisant un fluide de travail autre que la vapeur d'eau.

Des rendements convaincants d'une centrale de cogénération ont finalement conduit au choix d'un moteur à gaz comme producteur d'électricité principal. Mais la technologie de gazéification du bois offrait également des avantages essentiels par rapport à la combustion directe du bois, car elle convient au traitement direct de plaquettes forestières, c'est-à-dire encore humides, qui garantissent des conditions de processus optimales. Avec le principe de gazéification à contre-courant choisi, aucun séchage n'est plus nécessaire, contrairement au gazéificateur à co-courant. La gazéification du bois permet également de s'affranchir d'un nettoyage complexe des gaz de fumée, car la combustion du gaz de bois est nettement plus propre que la combustion normale du bois. Les mesures habituelles lors de la combustion du bois, à savoir la réduction des émissions de particules, etc., ne sont donc plus nécessaires.

Lors de l'utilisation du gaz de bois, une installation de condensation et un filtre électrostatique humide sont utilisés avant qu'il ne soit injecté directement dans le moteur à gaz. D'autre part, le processus de gazéification permet de produire en parallèle, et de manière combinée avec un refroidisseur de gaz, à la fois du gaz de pyrolyse et une huile de pyrolyse composée principalement de composés goudronneux, qui peut également être utilisée pour la production d'énergie.

Le rendement du gazéifieur à lit fixe à contre-courant, un système combiné de l'entreprise allemande ReGaWatt GmbH, se situe autour de 85 pour cent. « Les performances, les dimensions et le mode de fonctionnement conviennent idéalement à la taille du réseau de chauffage urbain présent ici. De plus, les différentes phases de la gazéification, du séchage, de la pyrolyse, de la réduction avec la libération des gaz souhaités ainsi que de l'oxydation sont parfaitement étudiées. En tant que physicien diplômé de l'ETHZ, j'ai toujours eu un grand intérêt pour de tels processus », déclare Giulio Caimi.

Alors que l'installation de Puidoux a pu être mise en service dès 2018 et injecte chaque année environ 7,2 GWh de chaleur dans le réseau, la centrale de Charmey est un peu plus grandement dimensionnée, fournit plus de 11 GWh, mais n'a été lancée qu'fin 2019 afin de pouvoir intégrer les expériences de Puidoux. La commune de Charmey soutient ce renouvellement de l'approvisionnement en chaleur par sa collaboration partenariale et par sa volonté de pouvoir continuer à proposer une source d'énergie renouvelable grâce aux gisements de bois situés dans ses environs immédiats. Les copeaux de bois sont livrés dans le stockage existant et parviennent au gazéifieur par le ruban transporteur selon les besoins. De petites particules de bois sont ainsi tamisées puis pressées afin de pouvoir alimenter l'unité de gazéification avec une taille de copeaux optimale.

Utilisation combinée du gaz de bois produit

Le moteur à gaz installé de type Jenbacher 416 fonctionne avec 16 cylindres et atteint une puissance électrique de 770 kW ainsi qu'une puissance thermique de près de 900 kW. Grâce au turbocompresseur, un fonctionnement avec une température d'admission d'air plus élevée et sur un site situé plus en altitude est favorisé, ce qui est important à Charmey à près de 900 mètres d'altitude. Avec quatre soupapes par culasse, conçues selon des simulations d'écoulement optimisées, on obtient des conditions de refroidissement et de compression appropriées.

En raison de la combinaison technologique d'un moteur à gaz et d'une chaudière à gaz, qui sont tous deux alimentés par l'installation de gazéification du bois, des modes de fonctionnement flexibles sont rendus possibles. Si seule de la chaleur est nécessaire, par exemple pendant la journée en été, une puissance thermique minimale de 430 kW peut être régulée. Si l'on a besoin de chaleur et d'un maximum d'électricité, on atteint par exemple 1151 kW à 85 °C et 382 kW à 60 °C, tout en disposant de 770 kW de puissance électrique. Si un maximum de chaleur est nécessaire, environ 2600 kW de puissance thermique peuvent être atteints. Deux grands ballons tampons (Swiss Solartanks d'une capacité de 75 m3 chacun) servent à flexibiliser davantage la production de chaleur.

L'installation de Charmey peut ainsi s'adapter de manière optimale aux exigences du réseau de chaleur local. Le complexe thermal – les Bains de la Gruyère – constitue à cet égard un important consommateur de chaleur. Giulio Caimi confirme : « Nous avons saisi l'occasion, étant donné que les bains peuvent produire une basse température, de réaliser le réseau avec trois tuyaux, afin que l'eau froide provenant des bains permette une valorisation énergétique optimale dans la centrale. Pour ce faire, nous avons construit dans la chaufferie une installation de condensation qui augmente l'efficacité énergétique à plus de 100 pour cent. »

En raison du renouvellement de la centrale énergétique, une puissance suffisante est également disponible pour l'extension du réseau. Celle-ci a déjà été réalisée en direction du centre du village. La température de départ est de 90 °C, celle de retour de 60 °C. L'ancienne alimentation en chaleur des salles de bains, qui était défavorable avec des températures de départ trop élevées, a pu être améliorée grâce à l'extension du réseau, ces installations étant désormais alimentées par le retour plus frais. Globalement, la nouvelle centrale énergétique offre des capacités suffisantes pour une extension ultérieure du réseau.

Giulio Caimi déclare : « La charge de base du réseau de chaleur est couverte par la combinaison d'un moteur à gaz et d'une chaudière à gaz. Vient ensuite, pendant environ la moitié des heures de fonctionnement, l'utilisation de la condensation des gaz de fumée, et une chaudière à mazout sert à couvrir la pointe de charge ou de réserve de secours. » La nouvelle installation de Puidoux ainsi que celle de Charmey ont toutes deux été réglées dans le cadre d'une phase d'optimisation, ce qui a permis au personnel de se familiariser davantage avec cette installation complexe.

Informations :
Giulio Caimi
Conducteur de chauffage urbain
Romande Energie Services SA
1028 Préverenges
giulio.caimi@romande-energie.ch
romande-energie.ch
Giulio Caimi, chef de projet des nouvelles installations de gazéification du bois et responsable du chauffage urbain chez Romande Energie Services SA, est convaincu que cette technologie présente des avantages essentiels pour les réseaux de chauffage urbain de moyenne importance.
Depuis l'automne 2019, la centrale énergétique rénovée est en service afin de continuer à alimenter le réseau de chauffage à distance de Charmey en énergie renouvelable.
La gazéification du bois comme point de départ pour le moteur à gaz et la combustion au gaz, qui fournissent de la chaleur et de l'électricité en tant que système intégré.
Les copeaux de bois frais de forêt passent du convoyeur élévateur (à droite) au gazéifieur de bois.
À l'extrémité inférieure du gazéificateur de bois haut de trois étages, les cendres sont évacuées et acheminées vers le conteneur situé à l'extérieur.
Le moteur à gaz permet désormais de produire également de l'électricité dans la centrale thermique de Charmey. Cette cogénération a pu être réalisée grâce à la nouvelle gazéification du bois.
Le moteur à gaz installé fonctionne avec 16 cylindres et atteint des puissances électriques et thermiques de près de 1200 kW.
Section supérieure de la combustion au gaz : en association avec le moteur à gaz, un mode de fonctionnement flexible peut être mis en œuvre.
La centrale énergétique de Charmey fonctionne avec des copeaux de bois de la région et se caractérise par une façade en bois.
Le complexe thermal – les Bains de la Gruyère – constitue un consommateur de chaleur important et permet, grâce à sa consommation à basse température, une optimisation de la consommation d'énergie.

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